Ferry Environmental Impact
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4.3.3 Continuous Combustion
Many of the challenges of diesel emission reduction are due to the fact that the diesel combustion “event” is very short. An engine which uses continuous combustion, such as a steam boiler, offers the opportunity to better control the combustion and thus reduce the emissions.
Steam boilers are not reasonable alternatives for fast ferries, but there are two forms of continuous combustion which are reasonable: Gas Turbines and Fuel Cells.
4.3.3.1 Turbines
Gas Turbines inherently have lower exhaust emissions than diesel engines but not so low that they are exempt from being fitted with exhaust emission reduction systems. For emission reduction they can be fitted with 'wet reduction' technologies such as steam, water or water/fuel emulsion injection, or 'dry reduction' technologies such as 'dry low emission' (DLE) combustion. To date most of the DLE has been used with natural gasfired stationary plants. There is limited experience with liquid fuel DLE systems.
Emissions from a General Electric LM 2500 Gas Turbine at rated power is shown in the following table (ref. GE Marine Engine Data, 18 August 1998).
Table 4 - LM2500 Exhaust Emissions
|
Emission |
Current Configuration (1) |
Water Injection (2) |
DLE (3) |
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NOx |
270 ppm, 4.7 gm/kW-hr |
42 ppm, 0.8 gm/kW-hr |
Less than 25 ppm |
|
CO |
9.5 ppm, 0.1 gm/kW-hr |
46 ppm, 0.5 gm/kW-hr |
Less than 25 ppm |
|
HC |
1.3 ppm, 0.01 gm/kW-hr |
4.2 ppm, 0.03 gm/kW-hr |
4.3.3.2 Fuel Cells
Marine Fuel Cells have recently received much attention and development funding due to their primary attributes; high thermal efficiency, inherently benign exhaust emissions and low noise and vibrations. Two types of marine fuel cells are expected to be commercially available in the next five years. The PEM fuel cell for lower power ratings and the Molten Carbonate fuel cell for units of 500 kW and larger. Both will use either LNG or will reform diesel fuel. Since sulfides are harmful to the cell stacks, desulfarization is required when diesel fuel is utilized. The US Navy is funding a prototype system and the USCG is developing the marine installation application. Exhaust gases contain CO2 and H2O. The fuel cells produce direct current (DC) and are best suited to use in an integrated electric system combining power generation and electric propulsion.
4.4 Noise Solutions
The same means that are used to reduce the noise level within the vessel have a positive impact on the noise pollution affecting ports, piers and beach population. Thus there is not a new technology development that is required. The following paragraphs touch upon these noise reducing techniques.
4.4.1 Airborne
Most of the airborne noise originates from the enginersquo;s exhausts. Efficient exhaust silencers are available in the market with the ability to drop the noise by 20-30 dB while causing an acceptable back pressure for the engines. Directing the exhaust flow below the water line will significantly attenuate the airborne noise level, however the waterborne noise level will increase.
Gas turbines generate a substantial fraction of their noise from the inlets, as opposed to the exhausts. Also, a turbinersquo;s noise tends to be higher pitched than a dieselrsquo;s noise. Higher frequency noise decays faster as the distance from the source increases, as compared to low-frequency sound. High frequency sounds are also more directional in nature. Thus pointing gas turbine exhausts upward will less disturb the farther away population1.
（1 It should be noted that directing the sound upward is not a cure-all. Washington State Ferriesrsquo; KALAMA and SKAGIT have upward-facing generator exhausts. When these vessels pass close to the high bluff of ）
Further, consideration should be given to avoiding low frequency machines, since low frequency noise is the least directional and the hardest to attenuate. Instead, select machines which generate high frequency noise. Then direct that noise straight up. Examples might include turbine propulsion, with inlets and exhausts configured as upward-facing ducts.
Finally, one tries to add loss between the source and the observer. Composite (sandwich) construction has a role here, as would vessel arrangements that place exhausts between the hulls or inside 'walls' of other ship structure.
4.4.2 Underwater
At low speed most of the underwater radiated noise comes from the reciprocating machinery, in particular diesel engines and piston compressors. As the ship speed increases, the noise contribution shifts toward the propellers. In general, cavitation inception for propellers is at around 10-12 knots. Noise due to cavitation is observed one or two knots below visible cavitation speed. A good propeller design will move cavitation inception to higher speeds, perhaps 15-16 knots. This will help significantly in reducing underwater radiated noise
Waterjets are a natural replacement for propellers when higher speeds are concerned. The enclosed blades operate with delayed cavitation and are inherently quieter than propellers at the higher vessel speeds. Further, there is evidence that the waterjet tunnel will tend to focus the noise into a more directional 'beam'. This may reduce noise in some directions, although it may increase noise in others. Noise comparison experimental data is available from manufacturers such as KaMeWa.
Other means of reducing noise level include the selection of lower noise sources whenever applicable, insulation along and between pipes, and s
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渡轮的环境影响
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4.3.3连续燃烧
许多柴油减排的挑战是由于柴油燃烧过程非常短的事实。使用连续燃烧的发动机，如蒸汽锅炉，更好地控制燃烧，从而减少排放。
蒸汽锅炉不是快速渡轮的合理选择，但有两种形式的连续燃烧是合理的：燃气涡轮机和燃料电池。
4.3.3.1涡轮机
燃气轮机免除安装排气减排系统，它们固有的废气排放量比柴油发动机低，但不是低很多。减排可配“湿法还原”技术，如蒸汽、水或水/油注射乳剂，或“干还原”技术如“干式低排放”（DLE）燃烧。到目前为止大多数DLE已经用于固定植物的天然燃气。有液体燃料DLE系统有限的经验。
通用电气LM 2500燃气轮机的额定功率排放如下表（参考GE海洋发动机数据，1998.8.18）。
表4 -LM2500尾气排放
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排放 |
当前配置(1) |
注水(2) |
DLE (3) |
|
NOx |
270 ppm, 4.7 克/千瓦时 |
42 ppm, 0.8 克/千瓦 |
小于 25 ppm |
|
CO |
9.5 ppm, 0.1克/千瓦时 |
46 ppm, 0.5 克/千瓦 |
小于 25 ppm |
|
HC |
1.3 ppm, 0.01克/千瓦时 |
4.2 ppm, 0.03 克/千瓦 |
4.3.3.2燃料电池
海洋燃料电池最近备受关注和发展，由于其主要属性，热效率高，有的良好的废气排放和低噪音、振动。两种类型的海洋燃料电池预计将在未来五年商业化。质子交换膜燃料电池的最低功率额定值和熔融碳酸盐燃料电池为单位500千瓦及更大。两者都将使用液化天然气或新型柴油燃料。由于硫化物对电池有害，柴油燃料使用时需要进行脱硫处理。美国海军研发的一个原型系统和美国海岸警卫队正在开发应用于船舶装置中。废气含有二氧化碳和H2O。燃料电池产生直流电（DC），是最适合使用于结合发电和电力推进的电气系统。
4.4噪声的解决方案
同样的方法对于减少船舶噪音水平对港口、码头及海滩人口的噪音污染有正面影响。因此，一个新的技术发展是必需的。下面的段落讲到这些降噪技术。
4.4.1 空气
大多数的空气噪声源于发动机的排气管。在市场高效的排气消声器可以下跌20-30分贝的噪声，其造成的反作用力发动机可以承受。引导排气流动水线以下时将显着减少的空气噪声水平，但水里噪声水平将增加。
燃气涡轮机产生相当大的一部分，他们的噪音从进气口，而不是废气。此外，涡轮机的噪音往往比柴油的噪音更高。与低频声比，更快的距离声源增加同时更高的频率噪声会衰减。高频声音在本质上也更有方向性。因此燃气轮机向上排放将较少干扰更远的人群1。
（1应该指出，引导声音不是消除一切。华盛顿州渡轮卡拉玛和斯卡吉特有朝上的发电机尾气。这些船只近似高肥型船首。）
此外，应考虑避免低频声音的机器，因为低频噪声的方向少，衰减难。相反，选择的机器产生高频噪声。然后直接把噪音调高。例如可以包括涡轮推进，进气口和排气管等配置为向上的管道。
最后，添加材料在声源和传递物之间。复合材料（夹层）结构在这里扮演着一个角色，如船舶布置在船体之间或其他船舶结构的“墙”内。
4.4.2水下
低速时大部分的水下辐射噪声来自往复式机械，特别是柴油机和活塞式压缩机。随着船舶速度的增加，噪声贡献转向螺旋桨。在一般情况下，螺旋桨速度大约在10-12节左右时开始产生空泡。观察到空泡引起的噪声在可见空泡速度下一到两节。一个好的螺旋桨空泡设计可以到达更高的速度，也许15-16节。这将有助于显着减少水下传出的噪声。
涉及到更高的速度时，喷水式推进器可以自然地替代螺旋桨。封闭的桨叶运行时气穴延迟而且在更高的速度时比螺旋桨更安静。此外，有证据表明，喷水推进隧道往往会将噪音集中到一个更定向的“束”。这可能会减少在某些方向上的噪音，虽然它可能会增加其他方向的噪音。噪声对比试验数据可从制造商如KAMEWA得知。
其他降低噪音水平的方法包括：选择合适的低噪声源，沿着管道和管道之间的绝缘，等等。
最有效的方法以减少机械噪声是通过选择在单或双隔离安装低振动元件和安装单位。如果机器是双隔离安装增加一个大的中间质量，这是最有效的，如图4所示。
重要的是，船舶工程师明白，中间的质量不一定是“自重”。经常有几吨的辅助机械可以用来起辅助作用。换句话说，发动机的燃料过滤器，油水箱，备件，交换机等应该尽可能安装在发动机的底座上。那么整个装配是弹性安装的船。这将实现最大的声音衰减与最小重量惩罚。
图4 -这个数字试图说明双隔离安装的概念。一个适当大小的中等质量体，弹性安装，可能会导致一个传减递到船体非常重要的驱动力减小，因此噪声在水下传递。
5未来的发展趋势
对水流的关注只是对环境影响的全面关注的崛起的预兆。理想的渡船不会产生波浪，不会产生废气，不会发出噪音，也不会发出可能会干扰鲑鱼迁徙路径的热信号。我们是否准备好了将所有的环境影响最小化到“隐形”渡轮的设计？
让我们想象一下，这样的渡船会是什么样子。让我们开始在不合理的领域展开想象，像最科幻小说版本的船。
与现在的一代渡船不同，隐形渡船是一艘双体船，船体细长，具有良好的耐波特性。她使用清洁燃烧，重量轻的涡轮发动机，能够燃烧任何燃料暴扣柴油，汽油，喷气燃料，甚至花生油。这意味着船东能够使用最干净的可用燃料，并利用燃料价格波动或季节变化，以保持票价低廉。
渡轮是先进的复合结构来自航空业。这些材料材质上绝缘和吸收噪声。它们的使用能生产出一艘在水中发出很少的热量和噪音的船。
通过使用一些来自海军实践的技术减少噪音辐射：双隔离安装的主要机械、消除了低频“隆隆”的重型机械。噪声主动消除技术消除了涡轮排气的特有的轰鸣声。
在搭乘350乘客的情况下，最优化的工艺的船可以在水面上以40节的速度航行。船过后划出的水流甚至小于卡拉马或斯卡吉特12节的水流速度。她比大汽车渡船安静多了。他有一个干净，舒畅，安静的内部让人想起波音最好的环境。她感动人们，她展示我们的国家实力，她是一个国际市场化的产品。
当然，第一个“隐形”渡轮不会像描述的那样奇异吸引人：海岸警卫队不支持复合材料。
涡轮发动机被许多运营商视为“太高科技”。
但这些事情会改变。更多的研究正在进行，以便能够使用先进的复合材料。更多的军事训练且拥有涡轮维修技能的人员在岗。
我们有一个很好的机会，获得各种军事技术，并且们为了真正的全球利益使用这些技术。通过将隐形技术转化为环保技术，我们可以保护我们的环境，同时我们经济性地和明智地重建或扩大我们国家的基础设施。
6结论
我们可以说，作为技术人员，我们尽可能以最良性的方式对我们的系统进行研究，这是我们的职责。与其抱怨新环保法规的出现，我们应该运用我们的技术来设计一个对“地球友好”和“人类友好”切实可行的系统。当然，像任何工程系统一样，必须与其他因素进行权衡，包括经济因素。但是，我们向你们表明，我们的责任是“走出去”，发展“绿色”渡轮，我们有技术和工具来做到这一点。
7资源
附录A -典型的解决海洋运载产生的噪音新闻报道，特别侧重于商业工艺和渡轮。
源网站：http://www.nonoise.org/news/water.htm
7.1空气噪声
对于市民来说佛罗里达州内河船聚会太吵了
出版：Sun-Sentinel
日期：1999年12月15日
板块：Local, 页. 1A
作者：Mel Melendez
界限：高地海滩，佛罗里达州
太阳哨兵报报道，德拉海滩居民投诉对一艘办聚会的内河船，虽然它在内核航道航行。居民要求镇委员会介入，并帮助将噪音水平降低。镇上有噪音条例。
文章说，委员会致函Ramblin#39; Rose的老板，要求他做解决问题。
根据这篇文章的描述，船上配备了立体声系统，乘客可以把自己的娱乐节目带上船。有些团体甚至雇佣唱片组持人为客人唱歌跳舞
文章说，船上人员要保持自己的良好声誉，想保持好邻居的身份。
专栏作家赞美马纳蒂县，禁止吵闹的汽船佛罗里达州专员
出版：萨拉索塔先驱论坛报
日期：1999年12月3日
板块：一节16a页
界线：马纳蒂县，佛罗里达州
萨拉索塔先驱论坛报报道了在佛罗里达州航道减少马纳蒂县汽船的噪音长达数月的努力，县委委员们在大多数水道上完全禁止了船的使用；内陆水路会有一定的地区指定为汽船的使用。专栏作家对这一决定表示赞赏，他说，在水上的居民和野生动物应该得到一些安静。
专栏作家注意到，虽然渔民和导游谁经营的船只都说法律是干预传统的一个例证，“和平和宁静的传统也可以追溯到很多方面。”专栏作家说，如果船舶运营商可以大幅降低噪声在没有禁令的时候，委员们应该重新考虑；另外，值得注意的是，委员们应该关心汽船运营商的营生。
恶劣的天气迫使重新安排对芝加哥地区的湖泊噪声测试帮助船员遵守新的噪声法
出版：芝加哥论坛报
日期：1999年5月24日
板块：地铁湖；1页；区：L
作者：John Flink
界限：芝加哥，伊利诺斯
芝加哥论坛报报道，为了帮助船员遵守芝加哥地区的湖泊新噪音条例的噪音测试因为恶劣的天气没完成。测试将推迟到六月上旬。新条例国家规定闲置船90分贝限制和70移动船只分贝的限制开始实行，但使得海事官员有能力通过耳朵决定过度噪音，因为传统的噪声测量设备是专为开放水域使用。
他接着说，官员们期待着再次测试时繁忙的一天，因为这些测试可以告诉船员是否必须投资于昂贵的消声系统。违反者将被罚款35美元，200美元和500美元，分别为他们的第一，第二和第三违反的罚款；第三次违反时也将失去驾驶的权利。该条例是针对居民投诉而制定的，因为福克斯水道沿线的建筑物反射和放大噪音。该条例原本禁止切断开关，因为使电机从水下变成水上排气，但在船员抱怨后条例修改允许装有适当的消声器的船切断开关。
曼谷将对噪音运河船只实施噪音限制
出版：报道，马来西亚国家新闻社
日期：1998年9月10日
板块：新闻
界限：曼谷，中国
马来西亚国家通讯社报道，在经营者发现听力受损后，中国的曼谷都市圈政府机关计划规范客船噪音水平。
根据文章报道，曼谷大都会政府计划对两条主要运河的客船发出的噪音水平施加限制。
因为发现当地一半以上的船员有听力问题。市政府发言人Mahint Tanboonperm说，一项由BMA的公共卫生部进行了调查在七月和8月发现126人搭乘San Saeb和Lat Phrao运河的客船，55%有听力困难。
文章报道，港口和污染控制部门在不久后将限制船上发动机的噪音。违反规则的经营者将被罚款或暂停营业执照。船用发动机噪音水平的官方限制是80分贝，然而目前在两条河的船使用的发动机一般产生约200分贝，Mahint指出。
7.2水下噪声
由船舶碰撞造成的露脊鲸死亡可能是由于适应繁忙水域的噪音引起
（1999年11月6日）。最新科学家报告说，在这个星球上最濒危的物种--露脊鲸经常在与船只相撞后死亡。鲸鱼可能是如此习惯于从日益繁忙的航运航线的产生的噪音，以至于他们无法将噪音联系到危险。
南卡罗来纳州哥伦比亚市专栏作家讨论我们国家公园的噪音策略
出版：萨克拉门托蜜蜂
日期：1999年10月16日
板块：社论；PG B7
作者：Claudia Smith Brinson
界限：哥伦比亚市，南卡罗来纳州
萨克拉门托蜜蜂在我们国家公园里发表了一篇讨论噪音污染的专栏。论述了航空游览噪声、筏式电机噪声，和在我们国家公园的其他问题。她提到，国家公园服务处目前正在起草一项政策，要求所有的公园监控他们的噪音，获取自然的声音水平，以及大多数来自侵入的人为声音。
专栏讨论了我们国家公园的噪音污染。专栏作家提到了1987个国家公园开放领空的行为，和联邦航空局的1988条规定，以应对该法案。这些规定包括大峡谷国家公园上空的禁飞区和最低海拔高度。内华达州南部3亿7500万美元的航空旅游业新提案“将限制每年观光航班达到88000美元”。
文章指出，在20世纪70年代末，公园官员希望从科罗拉多河消除电机。虽然这一想法因为旅游经营者抗议被取消，新的法规再次被提出，可能限制在河上使用2500万美元的旅游业。
文章还指出，雪地摩托在黄石公园行驶为野牛提供小路，不知不觉走出他们的公园牧场土地的路径使得它们不知不觉走出他们的公园牧场的土地；因为害怕那些野牛影响牲畜。农场主去年造成至少1000头野牛死亡。
本文讨论
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